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StudentZone—ADALM2000 Activity: Amplifier Output Stages 作者：Doug Mercer，ADI 顧問(wèn)研究員； Antoniu Miclaus，ADI 系統應用工程師 目標 本次實(shí)驗旨在研究簡(jiǎn)單推挽放大器的輸出級（B類(lèi)和AB類(lèi)）。 背景信息 輸出級的作用是提供功率增益。它應該具有高輸入阻抗和低輸出阻抗。該級的一個(gè)顯而易見(jiàn)的選擇就是發(fā)射極跟隨器。但是，為了同時(shí)提供拉電流和灌電流能力，需要兩個(gè)互補跟隨器：一個(gè)NPN型用于拉電流，一個(gè)PNP型用于灌電流。結果就是所謂推挽配置，圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單例子。R1和R2用于檢測Q1和Q2的集電極電流，以及在輸出過(guò)載的情況下限制這些電流。 材料 ► ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊 ► 無(wú)焊面包板 ► 跳線(xiàn) ► 兩個(gè)100 Ω電阻 ► 一個(gè)2.2 kΩ電阻 ► 兩個(gè)10 kΩ電阻 ► 兩個(gè)小信號NPN晶體管（最好是具有匹配VBE的SSM2212） ► 兩個(gè)小信號PNP晶體管（最好是具有匹配VBE的SSM2220） 說(shuō)明 開(kāi)始之前，請確保關(guān)閉ADALM2000上的電源。電路和實(shí)驗室硬件的連接如圖1所示。示波器輸入1應連接到Q1和Q2基極的接合處。示波器輸入2應連接到Q1和Q2發(fā)射極的接合處。 
圖1.推挽輸出級 硬件設置 示波器的通道1應連接為顯示第一發(fā)生器的輸出，兩個(gè)通道（1和2）均應設置為以每格1 V顯示輸出。面包板連接如圖2所示。 程序步驟 波形發(fā)生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度約為6 V，偏移為0。將正電源(Vp)設置為+5 V，將負電源(Vn)設置為-5 V。使用示波器通道1觀(guān)察W1的輸入，使用示波器通道2觀(guān)察放大器在RL處的輸出。圖3為Scopy波形圖示例。
圖2.推挽輸出級面包板電路
圖3.推挽輸出級波形 接下來(lái)施加電源并調整波形發(fā)生器，使W1為100 Hz三角波，其偏移為0 V，峰峰值幅度為3 V。在x-y模式下使用示波器觀(guān)察電路的電壓傳輸曲線(xiàn)。圖4為Scopy XY波形圖示例。
圖4.電壓傳輸曲線(xiàn) 減少輸出失真 在圖1所示的基本推挽級中，過(guò)零處的大量失真是死區——此時(shí)NPN和PNP發(fā)射極跟隨器均關(guān)閉——造成的結果。如果用兩個(gè)VBE壓降預偏置BJT，則波形在過(guò)零處的死區大幅減少，如圖5所示。這里，預偏置功能由二極管連接的NPN Q1和PNP Q3提供。電阻R1和R2提供偏置電流，并設置流入輸出器件Q2和Q4中的空閑電流。 說(shuō)明 在電源關(guān)閉的情況下，組裝圖5所示電路，引線(xiàn)應盡可能短且整潔。NPN晶體管Q1和Q2以及PNP晶體管Q3和Q4應從VBE匹配最佳的可用器件中選擇。在同一封裝中制造的晶體管，例如SSM2212或CA3046，往往比單個(gè)器件匹配得更好。
圖5.具有過(guò)零失真消除功能的推挽輸出級 考察圖5中由Q1、Q2、Q3和Q4的基極發(fā)射極電壓形成的環(huán)路，我們知道環(huán)路周?chē)膲航抵捅仨殲榱�。因此，如果Q1與Q2相同，并且Q3與Q4相同，則僅當Q1中的電流與Q2中的電流相同，并且Q3中的電流與Q4中的電流相同時(shí)，環(huán)路周?chē)碾妷翰艜?huì )為零。當輸出為0 V——也就是說(shuō)RL中沒(méi)有電流，輸入也必然為0 V。 硬件設置 示波器的通道1應連接第一路信號發(fā)生器的輸出，兩個(gè)通道（1和2）均應設置為以每格1 V顯示輸出。面包板連接如圖6所示。
圖6.具有過(guò)零失真消除功能的推挽輸出級面包板電路 程序步驟 波形發(fā)生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度約為6.0 V，偏移為0。使用示波器通道1觀(guān)察W1的輸入，使用示波器通道2觀(guān)察放大器在RL處的輸出。
圖7.具有過(guò)零失真消除功能的推挽輸出級波形 另一種配置 記住由Q1、Q2、Q3和Q4的基極發(fā)射極電壓形成的環(huán)路，我們還知道環(huán)路周?chē)鷫航档捻樞蚩梢曰Q。因此，如果互換NPN Q1和PNP Q3的VBE值，我們將得到圖8所示的配置。有些人可能意識到，Q3和Q2的組合就是我們在4月份文章“ADALM2000實(shí)驗：發(fā)射極追隨器(BJT)”中討論的低失調跟隨器。電路利用PNP發(fā)射極跟隨器的VBE向上偏移來(lái)部分抵消NPN發(fā)射極跟隨器的VBE向下偏移。晶體管Q1和Q4分別與Q3和Q2互補。
圖8.發(fā)射極跟隨器過(guò)零失真消除 硬件設置 示波器的通道1應連接第一路信號發(fā)生器的輸出，兩個(gè)示波器通道（1和2）均應設置為以每格1 V顯示輸出。面包板連接如圖9所示。 程序步驟 波形發(fā)生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度約為6 V，偏移為0。使用示波器通道1觀(guān)察W1的輸入，使用示波器通道2觀(guān)察放大器在RL處的輸出。
圖9.發(fā)射極跟隨器過(guò)零失真消除面包板電路
圖10.發(fā)射極跟隨器過(guò)零失真消除波形 問(wèn)題： ► 對于圖5中的電路（具有過(guò)零失真消除功能的推挽輸出級）和圖8中的電路（發(fā)射極跟隨器過(guò)零失真消除），仿真并繪制輸入/輸出傳輸曲線(xiàn)。這些電路與圖1中的電路相比如何？ 作者簡(jiǎn)介 Doug Mercer于1977年畢業(yè)于倫斯勒理工學(xué)院(RPI)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。自1977年加入ADI公司以來(lái)，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產(chǎn)品，并擁有13項專(zhuān)利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉型，并繼續以名譽(yù)研究員身份擔任ADI顧問(wèn)，為“主動(dòng)學(xué)習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。聯(lián)系方式：doug.mercer@analog.com。 Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時(shí)為Circuits from the Lab®、QA自動(dòng)化和流程管理開(kāi)發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：antoniu.miclaus@analog.com。 |
